miércoles, 1 de marzo de 2017

Consciencia: Un nuevo descubrimiento que podría explicar cómo se genera.


Un nuevo método de reconstrucción digital muestra tres neuronas que se ramifican extensivamente en todo el cerebro, incluyendo una que se envuelve alrededor de toda su capa externa.

Una reconstrucción en  3D muestra una forma de "corona de espinas" que proviene del Claustrum,  una región ligada a la consciencia.


Nadie todavía entiende cómo una colección de células mostosas en el cerebro da lugar a la maravilla  de la consciencia que se observa en animales de orden superior, incluidos los humanos. Pero dos descubrimientos dan a los científicos pistas vitales sobre cómo funciona la consciencia humana.

En 2014, una mujer de 54 años de edad fue a la Facultad de Medicina de la Universidad de George Washington en Washington DC, para ser tratada  de epilepsia. En casos extremos como el de ella, una opción es introducir electrodos en las regiones cerebrales que pueden estar causando ataques epilépticos. Durante el tratamiento, sin embargo, el doctor Mohamad Koubeissi y su equipo encontraron accidentalmente lo que parecía ser un interruptor de encendido-apagado de la consciencia en el cerebro.

Tamas Freund holds a human brain at the Institute of Experimental Medicine of Hungarian Academy of Science in Budapest March 16, 2011. Freund, one of the three Hungarian scientists who received Europe's top prize for brain research, hopes his findings will once help cure brain diseases such as epilepsy, anxiety, depression or schizophrenia, some of which are considered to be plagues of our information age.The Grete Lundbeck European Brain Research Prize -- or The Brain Prize -- is awarded in Denmark to one or more scientists for their outstanding contribution to European neuroscience. Picture taken March 16, 2011.  REUTERS/Laszlo Balogh (HUNGARY - Tags: HEALTH SCI TECH) - RTR2KICG
Situación anatómica del Claustrum

Cuando los electrodos estimularon cerca de una región llamada el Claustrum en el cerebro de la mujer, la paciente dejó de leer y miró fijamente al espacio. Dejo de responder a llamadas o gestos, y su respiración se ralentizó. Cuando se detuvo la estimulación, la paciente recuperó la consciencia y pero sin tener memoria del período perdido. Esto sólo ocurrió cuando la estimulación se producía en  el Claustrum, y en ninguna otra región.

El caso de la mujer resultó ser sólo la evidencia que Christof Koch del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro estaba buscando para avanzar en su comprensión de la consciencia. Koch cree que el Claustrum, una región cerebral densamente conectada, es el "asiento" de la consciencia en los cerebros (por lo menos de los seres humanos y los ratones, que él ha estudiado extensivamente).

Las tres neuronas gigantes que rodean un cerebro de ratón.
(Fotografía propiedad del Allen Institute for Brain Science)


Ahora, en un artículo en la revista Nature, Koch ha encontrado evidencia adicional que apoya su hipótesis. Mientras estudiaba técnicas de captación de imágenes en los cerebros de los ratones, Koch descubrió tres neuronas gigantes -células cerebrales que transmiten señales- que emanan del Claustrum y se conectan a muchas regiones en ambos hemisferios del cerebro. Una de esas neuronas envuelve todo el cerebro como una "corona de espinas", según Koch. Él cree que esta neurona gigante puede estar coordinando señales entre diferentes regiones del cerebro para crear la consciencia.

Estas neuronas han permanecido ocultas hasta ahora, porque las técnicas de imagen usadas para estudiar las neuronas individuales son todavía bastante rudimentarias. El método más comúnmente utilizado consiste en insertar un tinte en una sola neurona y trazar su trayectoria a mano. El método de trabajo intensivo sólo ha producido un puñado de neuronas mapeadas de esta manera.

El rastreo de todas las ramas de una neurona usando métodos convencionales es una tarea masiva. Los investigadores inyectan células individuales con un tinte, cortan el cerebro en secciones delgadas y luego rastrean el camino de la neurona teñida a mano. Muy pocos han sido capaces de rastrear una neurona a través de todo el órgano.

El nuevo método que han utilizado estos investigadores es menos invasivo y escalable, ahorrando tiempo y esfuerzo. Christof Koch mostró cómo su equipo rastreó tres neuronas de una pequeña y delgada capa de células de la región llamada Claustrum, un área que Koch cree que actúa como el asiento de la consciencia en ratones y seres humanos, con esta técnica novedosa.

Koch y sus colegas diseñaron una línea de ratones para que un determinado fármaco activara genes específicos en las neuronas de la región del Claustrum. Cuando los investigadores alimentaron a los ratones con una pequeña cantidad del fármaco, sólo un puñado de neuronas recibió suficiente cantidad como para activar estos genes. Esto dio como resultado la producción de una proteína fluorescente verde que se extendió por toda la neurona. El equipo tomó entonces 10.000 imágenes transversales del cerebro del ratón y utilizó un programa informático para crear una reconstrucción 3D de sólo tres células brillantes.

Las tres neuronas se extendían a través de ambos hemisferios cerebrales, y una de los tres envolvía toda la circunferencia del órgano como una "corona de espinas". Koch nunca había observado hasta ahora como las neuronas se extendían a través de las regiones del cerebro. El cuerpo del ratón contiene otras neuronas largas, como una proyección nerviosa hasta la extremidad o neuronas del tronco encefálico que se extienden hasta  el cerebro para liberar moléculas de señalización. Sin embargo, estas neuronas Claustrum parecen conectarse a la mayoría o posiblemente a todas las partes externas del cerebro que reciben la información sensorial y dirigen el  comportamiento.

Koch ve esto como la evidencia de que el Claustrum podría estar coordinando la emisión y recepción de señales a través del cerebro para crear la consciencia. Las exploraciones cerebrales han demostrado que el Claustrum humano es una de las áreas más densamente conectadas del cerebro, pero esas imágenes, por ahora, no muestran la ruta de las neuronas individuales.

"Es muy admirable", según Rafael Yuste, un neurobiólogo de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York. Yuste no cree que la existencia de neuronas que rodean el cerebro demuestre definitivamente que el Claustrum está involucrado en la consciencia. Pero dice que la técnica será útil para generar el censo de los diferentes tipos de células en el cerebro, lo que muchos piensan que será crucial para entender cómo funciona este órgano.

Sería prioritario ver reconstrucciones en 3D de neuronas individuales comparadas con el análisis de los genes expresados ​​en esas neuronas. Esto podría ofrecer pistas sobre el tipo y la función de cada célula.

Koch planea continuar realizando el trazado de las neuronas que emanan del Claustrum, aunque la técnica es demasiado costosa para ser utilizada para reconstruir cada una de estas neuronas en una escala grande. Le gustaría saber si todas las neuronas de la región se extienden por todo el cerebro, o si cada neurona es única, proyectándose a un área ligeramente diferente.

El siglo XX ha visto un gran progreso en la ciencia del cerebro, y parte de ella ha sido la asignación de funciones cerebrales a las partes biológicas del órgano. Como ejemplo, podriamos poner la ceguera de cara, una condición que implica que los enfermos no reconozcan ni siquiera  la cara de sus familiares próximos.  Hemos aprendido que estas personas tienen un problema en una región específica en el cerebro llamada área fusiforme de la cara, lo que les impide formar la conexión para identificar la cara de una persona, algo que la mayoría de la gente da por sentado.

Pero resolver el problema de la consciencia y encontrar sus caminos físicos ha eludido a los científicos hasta ahora. Aunque la hipótesis de Koch sobre el Claustrum necesitará mucha más investigación para ser probada, la suya es una de las teorías más avanzadas que señalan los orígenes biológicos de la consciencia. Si fuera  correcta, sería un gran paso adelante hacia la comprensión de lo que hace la experiencia humana tan única.